公开了层压材料，其包括第一金属片材和结合到第一金属片材的粘合剂层，在层压材料中以下关系式适用：1<(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)<15(1)，其中E金属＝第一金属片材的拉伸杨氏模量，t金属＝第一金属片材的厚度，E粘合剂＝粘合剂层的拉伸杨氏模量，t粘合剂＝粘合剂层的厚度。粘合剂层可以包括增强纤维。层压材料可以用于提供耐疲劳结构，比如航空航天结构，并且示出高的抗裂纹生长性，特别地在靠近结构的边缘处。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及层压材料，其包括至少一种结合到粘合剂层的金属片材。本专利技术更具体地涉及层压材料，其包括通过粘合剂层相互结合的金属片材。还更具体地，本专利技术涉及纤维-金属层压材料，其包括通过纤维增强复合材料层相互结合的金属片材。本专利技术还涉及此类层压材料的用途，所述用途是用于提供耐疲劳结构，特别地航空航天结构。在其中可以使用层压材料的航空航天结构包括但不限于机身结构、水平尾翼结构(tailplanestructure)或机翼结构。专利技术背景负载下的工程结构的行为由许多设计参数确定，并且定义用于特定的应用的最佳材料通常是繁重的任务，并且此外必须处理冲突的要求。在通常使用的工程材料中有金属，如钢合金、钛合金、铝合金；纤维增强复合材料，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料和芳族聚酰胺复合材料(aramidcomposite)；以及杂化材料，下文进一步定义。纤维增强复合材料相对于其它优选材料比如金属，提供相当大的重量优势。通常，在牺牲其它重要的材料性质比如延展性、韧性、承载强度、导电性和冷成形能力的情况下获得重量减轻。为了克服这些缺陷，已经开发了被称为纤维-金属层压材料的新的杂化材料，以组合金属和复合材料的最佳属性。纤维-金属层压材料(也被称为FML)，比如在US4,500,589中所描述的，例如通过堆叠金属(最优选地铝)和纤维增强的预浸材料的交替片材并且在热和压力下固化该堆叠而获得。这些材料越来越多地用于比如运输工业的工业中，例如用于船、汽车、火车、航空器和航天器中。它们可以作为片材和/或增强元件和/或加固物被用于这些运输工具的(主体)结构，如对于航空器，用于机翼、机身和尾板(tailpanel)和/或航空器的其它外皮面板(skinpanel)和结构元件。US2011/246370A1和US4,489,123A公开了使用S2玻璃或芳族聚酰胺纤维复合材料层和铝2024-T3合金片材的纤维-金属层压材料。这些文献没有公开具有金属片材与纤维复合材料层厚度的特定组合的层压材料，该层压材料与其它层压材料相比，将产生显著改进的疲劳行为。尽管纤维-金属层压材料可以提供相对于金属合金、特别地铝合金的改进的耐疲劳性(特别地裂纹扩展)，但是它们在结构中的行为对于改进仍然是开放的，特别地在经受动态负载的结构中。在这方面的重要特性是抗裂纹生长性。鉴于实现相应的纤维-金属层压材料的最低裂纹生长速率，如果正确的金属片材和纤维增强复合材料层可以在它们的性质方面被识别，那将是非常合意的。本专利技术的目的是提供通过粘合剂层互相结合的金属片材的层压材料，特别地纤维-金属层压材料，其在动态负载中具有最佳结构响应，特别地具有相对低的裂纹生长速率。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供包括通过粘合剂层互相结合的金属片材的层压材料，其具有一系列的产生最佳的结构响应的粘合剂层和金属性质。本专利技术提供层压材料，其包括第一金属片材和结合到第一金属片材的粘合剂层，在层压材料中以下关系式适用：1≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15(1)其中E金属＝第一金属片材的拉伸杨氏模量t金属＝第一金属片材的厚度E粘合剂＝粘合剂层的拉伸杨氏模量t粘合剂＝粘合剂层的厚度。关系式(1)在层压材料的耐疲劳性方面定义粘合剂层的最佳的性质以及与所述粘合剂层相邻的第一金属片材的性质。满足关系式(1)的第一金属片材厚度和刚度以及粘合剂层厚度和刚度的组合在疲劳测试中产生最大数目的疲劳寿命周期。关系式(1)的性质E*t等于材料的拉伸杨氏模量和厚度的乘积，并且也称为拉伸刚度(extensionalstiffness)(量纲Pa.m或N/m)。术语“第一金属片材”用于表示层压材料可以包括多于一层金属片材，并且第一金属片材是金属片材中的一层。“第一金属片材”不是指金属片材在层压材料中的特定位置，例如第一金属片材不一定是最外金属层。特别地，当固化时，厚度t金属和t粘合剂在层压材料中被确定。除非另外指示，否则特定层或片材的厚度通常指恒定的厚度。第一金属片材的厚度原则上可以在大范围内选择。在本专利技术的有用实施方案中，提供层压材料，其中第一金属片材具有大于0.50mm(0.02”)、更优选地大于0.55mm(0.22”)、还更优选地大于0.6mm(0.024”)、还更优选地大于0.8mm(0.32”)、以及最优选地大于1mm(0.04”)的厚度t金属。本专利技术的另一实施方案涉及层压材料，其包括结合到粘合剂层并且具有≤t金属的厚度的第二金属片材。此类相互结合到粘合剂层的金属片材的层压材料包括具有厚度t金属的第一金属片材、具有厚度≤t金属的第二金属片材、以及在两者之间并结合到第一和第二金属片材的粘合剂层。根据本专利技术，关系式(1)适用于第一金属片材和粘合剂层的组合。在本专利技术的最宽泛的方面中，第二金属层的性质是不重要的。当第二金属层的厚度等于t金属并且第一和第二金属片材使用相同的金属合金时，第一或第二层的性质可以在关系式(1)中使用。当第二金属层的厚度等于t金属并且第一和第二金属片材使用不同的金属合金时，第一和第二层的较硬层的性质在关系式(1)中使用。本专利技术的优选实施方案涉及层压材料，其中1.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15、更优选地3.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15、还更优选地3.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤12.5、还更优选地4.25≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤13.5、还更优选地5.0≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤13.5、还更优选地5.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤12.5、并且最优选地5.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤10。在优选实施方案中，层压材料的一层或更多层的粘合剂层提供有增强纤维。根据本专利技术的实施方案，提供层压材料，其中粘合剂层包括增强纤维以形成纤维-金属层压材料，并且E粘合剂＝纤维增强粘合剂层在最大刚度方向上的拉伸杨氏模量t粘合剂＝纤维增强粘合剂层的厚度。取决于层压材料或包括层压材料的结构的负载条件，增强纤维可以在一个方向上或在几个不同的方向上定向。因此，拉伸杨氏模量E粘合剂可以与负载方向不同，并且在关系式(1)中的E粘合剂涉及纤维增强粘合剂层在最大刚度方向上的拉伸杨氏模量。优选的增强纤维包括例如由玻璃、芳族聚酰胺(aromaticpolyamide)(“芳族聚酰胺(aramid)”)和共聚物、碳、和/或聚合物纤维比如PBO制成的连续纤维。优选的玻璃纤维包括S-2、S-3和/或R-玻璃纤维，以及碳化硅酸盐玻璃纤维，但是E-玻璃纤维也是合适的。特别优选的纤维包括具有至少80GPa、优选地至少85GPa、并且最优选地至少90GPa的拉伸杨氏模量的高强度玻璃纤维。增强纤维可以被提供在预浸材料中，被嵌入部分固化的热固性树脂中或被嵌入热塑性聚合物中的增强纤维的中间产物。通常，纤维体积分数在粘合剂层中的粘合剂和增强纤维的总体积的从15％至75％、更优选地从25％至75％、还更优选地从20％至65％、并且最优选地从30％至65％的范围内变动。在粘合剂层中的有效纤维体积分数可以通过向增强粘合剂层添加普通粘合剂层来降低。根据本专利技术的实施方案，提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种层压材料，包括第一金属片材和结合到所述第一金属片材的粘合剂层，在所述层压材料中以下关系式适用：1≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15 (1)其中E金属＝所述第一金属片材的拉伸杨氏模量t金属＝所述第一金属片材的厚度E粘合剂＝所述粘合剂层的拉伸杨氏模量t粘合剂＝所述粘合剂层的厚度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.26 NL 20128891.一种层压材料，包括第一金属片材和结合到所述第一金属片材的粘合剂层，在所述层压材料中以下关系式适用：1≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15(1)其中E金属＝所述第一金属片材的拉伸杨氏模量t金属＝所述第一金属片材的厚度E粘合剂＝所述粘合剂层的拉伸杨氏模量t粘合剂＝所述粘合剂层的厚度。2.根据权利要求1所述的层压材料，其中所述第一金属片材具有大于0.5mm(0.02”)、更优选地大于0.6mm(0.024”)、还更优选地大于0.8mm(0.032”)、以及最优选地大于1.0mm(0.04”)的厚度t金属。3.根据权利要求1或2所述的层压材料，包括结合到所述粘合剂层并且具有≤t金属的厚度的第二金属片材。4.根据前述权利要求中任一项所述的层压材料，其中：1.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15，更优选地3.5≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤15，还更优选地4.25≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤13.5，以及最优选地5.0≤(E金属*t金属)/(E粘合剂*t粘合剂)≤13.5。5.根据前述权利要求中任一项所述的层压材料，其中所述粘合剂层包括增强纤维以形成纤维-金属层压材料，并且E粘合剂＝所述纤维增强粘合剂层在最大刚度方向上的拉伸杨氏模量T粘合剂＝所述纤维增强粘合剂层的厚度。6.根据前述权利要求中任一项所述的层压材料，包括具有等于t金属的厚度的N层金属片材和具有≤t金属的厚度的M层金属片材，其中N≥2且M≥1。7.根据权利要求3-6中任一项所述的层压材料，包括P层第二金属片材(直接结合到第一金属片材)，其中P≥1。8.根据权利要求3-7中任一项所述的层压材料，其中所述第二金属片材的厚度小于0.8mm(0.032”)，优选地小于0.6mm(0.024”)，并且最优选地小于0.5mm(0.02”)。9.根据前述权利要求中任一项所述的层压材料，其中所述第一金属片材和/或其它金属片材具有变化的厚度，并且在关系式(1)中的所述第一金属片材的厚度t金属对应于所述第一金...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·冈宁克，
申请(专利权)人：GTM先进产品有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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